心脏纤维化是心脏重塑的基本过程,主要分为压力超负荷和慢性心肌炎两大诱因。这一病理反应是加剧心血管疾病的重要因素,也是全球心血管疾病引起死亡的主要原因之一。基础研究和多项临床研究表明,心脏纤维化可以在一定程度上得到预防和逆转。目前的临床药物主要靶向肌成纤维细胞的激活和细胞外基质的累积,但多项临床研究表明现有分子药物对纤维化相关的心功能指数恢复的作用有限,并且长期使用的副作用也限制了它们在治疗纤维化方面的应用。因此,有必要探索新的治疗途径和有效的治疗方法。肠道微生物群通过降低感染疾病易感性和增强对一系列疾病的抵抗力来促进宿主健康。针对肠道微生物群的益生菌已被证明可以减少心肌梗死面积、动脉粥样硬化斑块面积等。鉴于这些观察结果,了解肠道微生物群在心脏纤维化发展中的作用是有意义的。最新研究表明肠道微生物群与心脏纤维化的发生发展具有关联性,但对重塑肠道微生物群组成与心脏纤维化的因果关系知之甚少,且尚不清楚何种益生菌参与其中。另外,病原体(如病毒和寄生虫)感染也是导致纤维化的的重要原因。旋毛虫(TrichinelCaptisol核磁la spiralis,Ts)是人类感染性心肌炎的主要病原体之一,可导致心脏纤维化,但旋毛虫并不寄生于心脏。关于旋毛虫诱导的心脏疾病,可能还有一些其他的间接作用有待发现。旋毛虫改变的肠道微生物组对旋毛虫引起的心脏纤维化进展的潜在影响尚不清楚,这两个特征之间的因果关系也未被探索。对于压力超负荷心脏纤维化,本研究首先通过对小鼠进行横主动脉弓缩窄手术(Transverse aortic constriction,TAC)造成左心室长期后负荷增加建立了小鼠心脏纤维化模型。手术后四周,小鼠心脏体积显著增大,心体比与左心室质量升高,射血分数下降;心脏组织中心脏纤维化的重要生物标志物I型胶原蛋白(type1 collagen,Col1)和转化生长因子-β(transforming growth faimmune-mediated adverse eventctor-β,获悉更多TGF-β)的m RNA表达水平升高,对心脏组织进行马松染色和免疫组织化学染色发现心脏组织中富集胶原蛋白,证明TAC引起心脏纤维化。通过抗生素混合物耗竭肠道微生物群,可显著减轻TAC引起的心脏纤维化,表明肠道微生物群与心脏纤维化的发病过程有关。本研究将假手术和TAC造模的小鼠粪便微生物群分别移植到经抗生素混合物处理的小鼠肠道中,但结果显示TAC造模的肠道微生物群失调本身不会引起心脏纤维化。然而,健康小鼠的粪便微生物群移植可以缓解TAC引起的心脏纤维化,这表明靶向益生菌和相关代谢物干预可能重塑肠道微环境以缓解心脏纤维化。于是,本研究对粪便样本进行了16S r RNA测序,相比TAC模型组,健康粪便微生物群移植缓解心脏纤维化的样品中,富集产短链脂肪酸的菌。短链脂肪酸是肠道中的主要代谢产物之一,影响多种生理过程,具有广泛的功能。在其他心血管疾病患者中,产生乙酸盐和丁酸盐的细菌减少,且已证明可减少动脉粥样硬化面积。因此,我们进行了血清短链脂肪酸水平的检测。结果表明健康粪便微生物群移植治疗组的丁酸水平显著升高。于是进行了注射丁酸钠的实验,并证明丁酸钠可以缓解TAC引起的心脏纤维化。益生菌被认为较菌群代谢物更具应用前景。因此本研究进一步使用口服丁酸梭菌(Clostridium butyricum)进行预防实验,发现丁酸梭菌的预防效果优于丁酸钠。同时,菌群测序结果显示,心脏纤维化水平最低的组中,双歧杆菌是其肠道优势菌。于是本研究使用口服假长双歧杆菌(Bifidobacterium pseudolongum)进行了预防实验。结果发现假长双歧杆菌具有一定的缓解效果但不显著。许多研究表明,联合益生菌具有较单一益生菌更强的干预性和安全性。于是我们进行了丁酸梭菌和假长双歧杆菌的联合给药,发现两种益生菌的混合物的预防效果比单一的益生菌更显著。对于慢性心肌炎心脏纤维化,本研究使用感染旋毛虫的小鼠作为模型来研究肠道微生物群与病原感染引起的慢性心肌炎心脏纤维化之间的相互作用。发现利用粪便微生物群移植重塑微生物群能改善旋毛虫引起的心脏纤维化。小肠内容物的宏基因组学测序显示,旋毛虫感染小鼠肠道微生物群中Akkermansia muciniphila为优势菌。于是,本研究使用口服补充活的A.muciniphila的方法对旋毛虫引起的心脏纤维化进行治疗,发现具有显著的改善效果。先前的研究发现巴氏灭活的阿克曼菌仍保留其功能,本研究进一步发现使用巴氏灭活的A.muciniphila具有更显著的效果,可能是巴氏灭活处理不但对促进黏液分泌的菌体成分没有造成更大影响,同时还消除了该菌对肠道的侵袭与损伤所致,这一现象的发现使得该菌更具应用前景。已有研究表明巴氏灭活的A.muciniphila与Toll样受体2(Toll like receptor 2,TLR2)相互作用改善胰岛素抵抗和发挥抗炎作用等。因此本研究进一步通过对TLR2 KO小鼠的旋毛虫感染造模及口服巴氏灭活A.muciniphila的治疗实验证明,巴氏灭活的A.muciniphila通过TLR2发挥治疗慢性心肌炎心脏纤维化的作用。综上所述,虽然紊乱的肠道微生物群不能直接引起心脏纤维化,但重塑健康肠道微生物群可以缓解心脏纤维化。两种心脏纤维化模型分别找到有益菌,并都可显著缓解心脏纤维化。本课题证明了肠道微生物群与两类诱因引起的心脏纤维化均具有关联性,且探究了益生菌与心脏纤维化的因果关系。这不仅为临床防治心脏纤维化提供了新的理论指导和实验依据,而且对其它心血管疾病的防治也具有重要的借鉴意义。